持久性有机污染物在森林生态系统中的环境行为研究

持久性有机污染物(POPs)具有环境持久性和半挥发性, 可以在区域及全球范围内传输和分布。森林植被和林下土壤富含有机质, 森林生态系统因此成为POPs主要的储存库之一。植被叶片可快速吸附大气POPs, 并通过叶片凋落、雨水冲刷和干沉降等过程加强或加速大气POPs 向地面的沉降, 并使森林土壤成为POPs 的“汇”, 从而形成所谓的“森林过滤效应”, 进而影响POPs 在全球的分布。进入森林的POPs 在森林生态系统中将经历一系列的环境过程。本文简要介绍了森林过滤效应的特征和影响因素, 综述了叶片对大气POPs 的吸附、叶片凋落和干湿沉降、POPs 在土壤中的迁移和损失等3 个主要环境过程的研究进展, 报道了松针、树皮和苔藓作为被动采样器反映的森林POPs空间分布趋势。最后, 提出了森林POPs研究中亟待解决的科学问题, 并指出未来中国森林POPs研究的可能方向。     

青藏高原东北部更尕海 7—9月水-气界面 CH4、N2O交换通量变化及其影响因素

为了解青藏高原浅水草型湖泊水-气界面 CH4与 N2O通量的交换机制,以青藏高原东北部的更尕海为例,分别在 2021年 7月、8月、9月采用漂浮静态箱-气相色谱仪法对其水-气界面 CH4、N2O交换通量进行连续、定点观测,并结合流域气象、湖泊水环境探讨其影响因素。结果表明:(1)更尕海水-气界面 CH4交换通量平均值为 0.557mg(/ m2·h),整体表现为源;N2O交换通量平均值为-0.100μg(/ m2·h),整体表现为弱汇。(2)在空间上,受水生植物分布差异影响,更尕海黄苔分布区为水-气界面 CH4排放的热点区域,其次为狐尾藻分布区,无植被分布区最低。N2O交换通量的变化受污染负荷的影响,粪便排放区是 N2O排放的热点区域。(3)在时间上,CH4交换通量的变化则受温度影响,CH4排放峰值主要出现于 15:00时;N2O交换通量的变化与沉水植物的光合作用有关。沉水植物光合作用向水体释放 O₂并使 pH升高,从而抑制了沉积物中的反硝化作用与微生物活性,使得湖泊整体表现为 N2O的“汇”。(4)相较于中国东部湖泊,青藏高原气压低,使得水体 DO含量相对较低,减弱了水体对 CH4的氧化作用,还降低了水体中 CH4的溶解度,导致青藏高原湖泊 CH4排放通量显著高于中国东部湖泊。而青藏高原湖泊受人类活动的干扰较小,外源性污染较轻,造成该区域 N2O排放通量显著低于中国东部湖泊。     

植被富集持久性有机污染物研究进展

植被富集环境中持久性有机污染物(POPs)的途径有多种,其中以植物叶片富集大气POPs为主要的途径。因此,植被(地衣、苔藓、草地、松针和树皮)被广泛用作被动采样器,以动态地监测不同时间和空间尺度上大气POPs 的污染水平与特征。大气—植物的气体交换过程影响着POPs 的大气传输,进而影响POPs 在区域甚至全球尺度上的空间分布。研究发现,植被是POPs全球循环的"汇区"。植物富集的POPs会进入陆生食物链,并随食物链营养级的升高而产生生物放大效应,对人体健康产生潜在的威胁。本文简要介绍了植被对POPs富集的研究进展,综述了地衣、苔藓和草地作为被动采样器监测大气POPs时空分布的研究,并指出了目前研究中亟待解决的问题及未来可能的研究方向。     

泥河水库春季水-气界面二氧化碳通量与其影响因子的相关性分析

利用静态箱-气相色谱法对泥河水库春季水-气界面二氧化碳通量值进行连续24h观测,对其变化趋势及影响因素加以分析。结果表明:泥河水库24h均为大气CO2的源,其碳通量均值为26.50mg/(m2·h),全天源的极大值出现在1∶00为32.38mg/(m2·h),源的极小值出现在13∶00为20.15mg/(m2·h)。在春季影响泥河水库水-气界面CO2通量变化的主要因素是气温、叶绿素和风速,相关系数分别为0.671、0.625、0.253。结论:水库水-气界面CO2通量的变化是多种因素共同作用的结果,春季水库是大气CO2主要碳源之一。     

湿地生态系统CO_2源/汇研究综述

湿地生态系统独特的生态特性使其在温室气体的固定和释放中发挥了重要作用,湿地生态系统CO2源/汇成为全球气候变化研究中的热点问题。该文系统总结了近年来湿地生态系统CO2源/汇特征,探讨了自然环境因子以及人类活动对湿地CO2源/汇功能的影响。研究表明,目前绝大多数湿地生态系统是大气CO2的汇,湿地CO2源/汇特征表现出明显的时空变异性。气温是气象因素中影响湿地净生态系统CO2通量(NEE)变化的一个重要甚至首要因子;土壤状况因子包括温度、pH值等均对NEE有明显影响,但影响程度不同;湿地水文对CO2源/汇的影响主要表现在干、湿季以及水位变化对NEE的影响上;植被类型及干扰程度不同,湿地CO2源/汇功能具有很大差异;人类活动尤其是将湿地开垦为农田,会使湿地变成大气CO2的源,而生态修复则使湿地作为大气CO2汇的能力得到恢复。     

土壤水分及土壤-大气界面对麦田水热传输的作用

文章根据1996年在中国栾城农业生态试验站观测的田间试验资料,分析了土壤水分和土壤-大气界面对麦田水热传输的抑制和加速作用。对于显热和潜热输送,土壤水分起决定作用,土壤水分越小,显热通量越大,潜热通量越小,反之亦然。只在土壤水分较小时界面厚度对显热和潜热输送作用较大。对于土壤热输送,界面厚度起决定作用,界面厚度越大土壤热通量越小。分析还发现60cm深处土壤水势与叶水势和大气水势的相关系数较其它深度处的土壤水势大。0～60cm土层是确定土壤水分运动对界面水热传输影响的一个良好的指示层。     

北极海冰厚度的热力学和动力学影响因素研究评述

全球变化背景下,在过去的40年中,北极海冰范围快速减少,厚度显著变薄,同时多年冰向一年冰转化,这对区域乃至全球气候系统具有重要影响。海冰厚度作为气候变化的指示器,在大气-海冰-海洋之间的物质和能量交换过程中起着重要作用。本文通过综述国内外北极海冰厚度影响因子的研究进展,对影响北极海冰厚度的热力学和动力学过程进行了梳理和总结。在热力学方面,海冰厚度会受到大气-海冰和海冰-海洋两个界面处的热通量影响,其中,大气-海冰热力学过程的影响因素包括冰面特征、气温、水汽、降雨/降雪和云量等,主要通过海冰表面辐射收支和湍流热交换(感热和潜热)产生影响;而海冰-海洋界面处的热通量作为海冰厚度的重要影响因素,主要受太阳辐射对上层海洋的加热、风应力导致的垂向混合以及中低纬暖流输送的影响。在动力学方面,海冰厚度变化主要通过风和海流的共同驱动引起海冰输运和海冰的形变。大尺度环流异常也会通过大气-海冰-海洋相互作用对北极冰厚的热力学和动力学过程产生显著影响。     

青藏高原高寒草甸优势植物种对大气甲烷行为分异机制

采集青藏高原高寒草甸15种优势植物进行室内沙培实验,利用静态箱-气相色谱法测定其甲烷通量,以确定其对大气甲烷的源汇效应;对植物体实施横切、纵切处理,研究植物甲烷排放的机制.结果显示:8种植物为大气甲烷的源,多为草本植物,7种为大气甲烷的汇,多数灌木植物吸收甲烷;横切、纵切处理对于植物甲烷释放速率的影响显著(p＜0.05),释放甲烷的植物中5种植物纵切后甲烷释放速率增加,增幅10.9％～ 244.06％,6种植物横切后甲烷释放速率增加,增幅27.04％～37.44％,灌丛植物在横切、纵切处理后甲烷通量都呈降低的趋势;对植物纵切处理后甲烷释放速率显著高于未处理与横切处理后植物甲烷释放速率,推测是由于几种处理间对于植物维管束处的气腔破坏程度不同造成的;温度对于植物的甲烷行为影响显著(p＜0.05),随着温度的升高植物甲烷的源/汇效应均呈现增加趋势,甲烷源植物Q10=1.75,甲烷汇植物Q10 =1.44.     

流域源区溪流CO2的来源与扩散过程研究综述

江河水系的源头多由规模小但数量多的溪流构成。溪流是源区生态系统向下游进行碳输出的开端,同时也存在水体CO_2向大气扩散的过程。溪流CO_2扩散通量(F_(CO_2))取决于水体二氧化碳分压(pCO_2)、水-气界面因湍流而产生的CO_2扩散速率(k_(CO_2))及溪流水域面积等方面,可以直接测量也可以通过经验公式及模型估算。溪流pCO_2受外源输入和内源产生两个过程的制约。外源CO_2是由壤中流和地下水向溪流注入的溶解无机碳(DIC)转化而来,内源主要指水体有机质分解产生的CO_2。水-气界面k_(CO_2)主要受到与河床坡度、粗糙度及流量变化密切相关的水流湍流程度的影响。源区溪流F_(CO_2)在时间上表现为暖湿季节干冷季节、夜间白天、洪水期非洪水期;全球空间尺度呈现自热带向寒温带递减;特定溪流内自地下水排泄区向下游递减。目前,关于源区溪流CO_2来源与扩散的研究逐渐增多,但是在溪流CO_2各种内外来源贡献量与贡献比例的估算、源区生态系统中各地理要素对溪流外源碳输入过程的控制、溪流水-气界面F_(CO_2)估算模型及山区溪流k_(CO_2)和CO_2扩散过程等方面还有待深入研究。     

长江口滨岸湿地无机氮界面交换通量量算

基于3年长江口滨岸湿地沉积物－水界面无机氮季节性交换通量连续实测数据,建立无机氮界面交换通量空间插值模型与量算模型,对无机氮界面交换通量季节性空间分布特征、滨岸湿地不同岸段无机氮季节性界面交换总通量量算等研究。结果表明：修正GIDS插值模型在无机氮界面交换通量空间插值预测过程中精度明显优于IDS方法,而略优于普通Kriging方法;长江口滨岸湿地沉积物－水界面无机氮交换通量空间分布在不同季节表现出复杂的空间分异特征;利用修正GIDS插值模型对长江口滨岸湿地无机氮交换通量进行空间插值过程中,为提高通量量算模型精度,应采用1.2'×1.2'的空间尺度为最佳;长江口滨岸湿地无机氮界面交换总通量量算表明,长江口滨岸湿地在春季向水体释放无机氮,是水体无机氮的释放源,释放量为1.33×10⁴ t,夏季、秋季和冬季表现为净化水体中无机氮,是水体无机氮的吸收汇,分别净化无机氮量为4.36×10⁴ t、6.81×10⁴ t和2.24×10⁴ t,全年总体表现为净化水体中无机氮,净化量为12.1×10⁴ t;长江口多年水体中无机氮通量多项式拟合分析得出,2002~2004年3年长江口水体中无机氮通量平均值为52.6×10⁴ t,滨岸湿地对长江口水体中无机氮的年均净化率达23.0%。     

气候变化背景下极地海洋和陆地生态系统中持久性有机污染物的迁移和分布

近年来,气候变化对极地环境产生深远的影响,进一步影响到持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)在极地同环境介质之间的分布和迁移。对极地海洋生态系统而言,气候变化导致的海冰消融和开放性海域面积增加,使得表层海水和海冰中的POPs物质再次释放进入大气;同时气候变化导致的极地海洋初级生产力降低会对海洋生物泵产生影响,而使得极地海洋中的POPs物质难以进入深海,增加极地生态系统对POPs的暴露。对极地陆地生态系统而言,POPs的地球化学循环受到温度增加,及其导致的土壤有机质含量增加共同作用的影响。     

Carbon exchange rates in Polytrichum juniperinum moss of burned black spruce forest in interior Alaska

The Boreal black spruce forest is highly susceptible to wildfire, and postfire changes in soil temperature and substrates have the potential to shift large areas of such an ecosystem from a net sink to a net source of carbon. In this paper, we examine CO₂ exchange rates (e.g., NPP and Re) in juniper haircap moss (Polytrichum juniperinum) and microbial respiration in no-vegetation conditions using an automated chamber system in a five-year burned black spruce forest in interior Alaska during the fall season of 2009. Mean ± standard deviation microbial respiration and NEP (net ecosystem productivity) of juniper haircap moss were 0.27 ± 0.13 and 0.28 ± 0.38 gCO₂/m²/hr, respectively. CO₂ exchange rates and microbial respiration showed temporal variations following fluctuation in air temperature during the fall season, suggesting the temperature sensitivity of juniper haircap moss and soil microbes after fire. During the 45-day fall period, mean NEP of P. juniperinum moss was 0.49 ± 0.28 MgC/ha following the five-year-old forest fire. On the other hand, simulated microbial respiration normalized to a 10 °C temperature might be stimulated by as much as 0.40 ± 0.23 MgC/ha. These findings demonstrate that the fire-pioneer species juniper haircap moss is a net C sink in the burned black spruce forest of interior Alaska.     

Very high CO2 exchange fluxes at the peak of the rainy season in a West African grazed semi-arid savanna ecosystem

Africa is a sink of carbon, but there are large gaps in our knowledge regarding the CO₂ exchange fluxes for many African ecosystems. Here, we analyse multi-annual eddy covariance data of CO₂ exchange fluxes for a grazed Sahelian semi-arid savanna ecosystem in Senegal, West Africa. The aim of the study is to investigate the high CO₂ exchange fluxes measured at the peak of the rainy season at the Dahra field site: gross primary productivity and ecosystem respiration peaked at values up to ?48 μmol CO₂ m^?2 s^?1 and 20 μmol CO₂ m^?2 s^?1, respectively. Possible explanations for such high fluxes include a combination of moderately dense herbaceous C4 ground vegetation, high soil nutrient availability and a grazing pressure increasing the fluxes. Even though the peak net CO₂ uptake was high, the annual budget of ?229 ± 7 ± 49 g C m^?2 y^?1 (±random errors ± systematic errors) is comparable to that of other semi-arid savanna sites due the short length of the rainy season. An inter-comparison between the open-path and a closed-path infrared sensor indicated no systematic errors related to the instrumentation. An uncertainty analysis of long-term NEE budgets indicated that corrections for air density fluctuations were the largest error source (11.3% out of 24.3% uncertainty). Soil organic carbon data indicated a substantial increase in the soil organic carbon pool for the uppermost .20 m. These findings have large implications for the perception of the carbon sink/source of Sahelian ecosystems and its response to climate change.     

绿洲荒漠过渡带夏季晴天地表辐射和能量平衡及小气候特征

利用张掖试验基地2006年6月24日至7月17日的加密观测资料,系统分析了夏季典型晴天张掖绿洲荒漠过渡带地表辐射收支和地表能量平衡特征及小气候特征。结果表明:夏季晴天绿洲荒漠过渡带总辐射值还是比较大的,并且净辐射值也很大,这说明绿洲荒漠过渡带地表具有比较充足的可利用热能,为加热大气和土壤提供了必要的热能条件。在地表能量分配中,晴天绿洲荒漠过渡区主要用于大气运动引起的感热交换,其次是土壤交换,用于水蒸发相变的能量相对较小。近地层空气温度和湿度的变化刚好相反。气温白天随高度的增加而递增,夜晚随高度的增加而递减。近地层大气温度变化要比地表温度缓慢。白天土壤辐射增温,越接近地表增温越快,夜间辐射冷却,地表温度下降最为明显。近地层水平风速在白天较大,夜间逐渐减小。在绿洲荒漠过渡带全天以上升气流为主,水平风速随高度增加明显递增。     

Carbon cycle in the Arctic terrestrial ecosystems in relation to the global warming

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎａｌｏｎｇｈｉｓｔｏｒｙｏｆｔｈｅｇｌｏｂｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎ,ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＣＯ２ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｓｃｉｌａｔｅｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｃｈａｎｇｅｓｉｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎ...     

干旱沙区生物土壤结皮覆盖土壤CO2通量对脉冲式降雨的响应

水分是干旱区生态过程中主要限制因子,降水可通过改变土壤的干湿状况直接影响土壤的生态过程,继而引起土壤碳库的变化。生物土壤结皮作为干旱区主要的地表覆盖物,其自身不但可以进行呼吸作用,还能充分利用有限的水分通过光合作用固碳,改变土壤圈与大气圈之间的碳交换通量。通过模拟0、2、5、8、15 mm降雨,利用红外气体分析仪,对腾格里沙漠东南缘人工固沙植被区主要的生物土壤结皮覆盖土壤净CO₂通量进行了原位测定,探讨生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放和光合固定CO₂(吸收)共同作用下的土壤净CO₂通量对模降雨的响应特征。结果表明:(1)降雨会迅速激发生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放,降雨激发CO₂释放速率和有效时间取决于降雨量,降雨量越高,激发程度越低,激增的生物土壤结皮覆盖土壤CO₂释放(源)效应有效时间随降雨量的增加而延长;降雨激发的土壤碳释放总量随着降雨量的增加显著增加,且藓类结皮覆盖土壤碳释放总量显著高于藻类结皮(P<0.05)。(2)降雨引起生物土壤结皮覆盖土壤CO₂吸收速率在初期呈单峰变化,后逐渐回归到降雨前的水平,随降雨量的增加,CO₂吸收的效应的时间越长,峰值越高;降雨量越高,生物土壤结皮光合碳固定量越多,当降雨量增加到15 mm时,藻类结皮光合碳固定量显著低于8 mm时的碳固定量;降雨量<5 mm时,藓类结皮光合碳固定量显著低于藻类结皮(P<0.05),≥5 mm时,藓类结皮光合碳固定量显著高于藻类结皮(P<0.05)。(3)干旱荒漠地区生物土壤结皮覆盖土壤,在无降雨的干旱期表现为较低水平的净碳排放效应,不同程度降雨的初期阶段都有短暂的增加土壤碳的汇效应,且碳汇效应的时间随降雨量的增加而延长;适度的降雨会降低长期干旱藻类结皮覆盖土壤向大气的碳排放量,而过高或过低的降雨都会不同程度地增加藻类结皮覆盖土壤向大气的碳排放,降低土壤碳的储量。不论降雨量大小,降雨都会增加藓类结皮覆盖土壤更多碳向大气排放,但随着降雨量的增加,源效应逐渐减弱。降雨量≤8 mm时,藓类结皮覆盖土壤净碳排放总量显著高于藻类结皮(P<0.05),当降雨量>8 mm时,藓类结皮覆盖土壤净碳排放量显著低于藻类结皮覆盖土壤(P<0.05)。因此,干旱区在估算生物土壤结皮覆盖土壤与大气碳交换对降雨的响应规律时,应该充分考虑降雨量大小对生物土壤结皮碳固定量和土壤碳释放组分的效应,明确降雨事件大小对不同类型生物土壤结皮覆盖土壤与大气之间碳交换的作用。     

“源-汇”景观格局的热岛效应研究——以武汉市为例

论文基于2017年Landsat 8遥感影像,通过GIS技术选取城市地表温度、源汇景观密度、源汇景观贡献度和景观效应指数,结合地理空间分析和数理统计方法,分析了武汉市局部源汇景观格局对城市地表温度的贡献及其效应。结果表明：① 武汉市城区热岛(urban heat island, UHI)季节变化明显,夏季热岛强度大、范围广,呈“大”字型分布,工业集聚区和经济开发区产生的UHI更显著;② 武汉市城区平均地表温度(land surface temperature, LST)在距市中心约8 km处达到峰值后沿城乡梯度逐渐下降,呈现“倒钩型”特征,这一现象与景观密度变化密切相关;③ LST与源(正向)、汇(负向)景观密度存在极强相关性,不透水表面是城区热岛的主要贡献因子;④ 相同密度的水体和绿地,水体更具有削弱城市热岛效应的功能;⑤ 一般当汇-源景观面积比>0.89(汇区密度>0.47)时,局部景观格局对城市热岛有缓解作用,且局部汇区越集中缓解效果越显著。     

造林对陆地碳汇影响的研究进展

全球气候变化和土地利用变化影响着陆地碳源/汇的变化。造林作为一种土地利用变化,可以增加陆地碳汇,减缓大气中CO₂的积累。文中首先对陆地碳汇及其形成原因进行综述,肯定了造林在陆地碳汇中的重要作用,然后阐述了造林对陆地碳汇的影响途径、造林后植被碳和土壤碳的变化及相互联系,并对全球造林活动对陆地碳汇贡献潜力作简要介绍,最后指出当前研究中的不足及今后的努力重点。造林是重要的临时陆地碳库,加强对造林碳汇的客观研究,对我国具有重要的政治意义和科学实践意义。